JP2016113666A - 電気素子及びコネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストであり、かつ、基材の酸化による製品の信頼性の低下を防止するとともに、小型かつ低接触荷重の電気接点であっても、真実接触面を大きく保つことができ、接触抵抗の上昇を抑制できる電気素子及びコネクタを提供する。【解決手段】メス端子３４に挿入され接触することによりメス端子３４と導通接続されるオス端子３２であって、基材１２上において少なくともメス端子３４と接触する領域に、元素をドープしたＦＴＯ薄膜３６が設けられＦＴＯ薄膜３６は、基材１２の表面を平滑にした状態で基材１２に設けられ、元素が、導電性発現に寄与する元素である。【選択図】図２

Description

本発明は、コネクタ用電気接点として有用な電気素子及びコネクタに関する。

一般にコネクタ用電気接点を構成する端子は、主にＣｕ合金から形成されているが、Ｃｕ合金をそのまま用いると、表面が酸化し電気抵抗率が高くなり、製品の信頼性が低下するという問題点がある。とくに、小型かつ低接触荷重の端子では、高抵抗の酸化膜により接点部での金属同士が接触する面（真実接触面）が非常に小さくなってしまい、接触抵抗が上昇するという問題がある。

そこで、通常は、Ｃｕ合金の表面に金や銀等の貴金属めっきを行って貴金属めっき層を形成し、Ｃｕ合金の表面の酸化を防止し、製品の信頼性を確保している。なお耐腐食性や耐摩耗性を確保するためには、貴金属めっき層にある程度の厚さを設けている。これとは別に、電気自動車の蓄電池の充電に使用されるような、数十〜数百アンペアという比較的大電流で使用される場合にも、貴金属メッキ層を厚くする必要がある。

しかし、貴金属めっき層を厚くすればするほど、コストが高くなるという問題点があり、当業界では使用される貴金属量を低減する技術が求められていた。
また、貴金属めっき層としてＡｇを用いた場合、Ａｇは硫化等の腐食に弱く、すぐに変色するという問題点がある。そこで、Ａｇめっき層の表面に変色防止剤を塗布しているが、得られる塗布膜は通常、非常に脆く、プラス成形や接点の嵌合等により剥がれてしまい、Ａｇの変色を有効に防止できないという問題点もあった。

例えば下記特許文献１には、基材上に例えばＳｎからなる金属層を形成し、その表面に形成された酸化物層を除去した後、該金属の金属表面を水酸化処理してＳｎＯ_２のような酸化物層を形成するコネクタ用電気接点材料の製造方法が開示されている。

特開２０１２−２３７０５５号公報

しかしながら、上記のような先行技術では、貴金属めっき層を使用しないものの、金属層の形成や、その金属層の表面処理、さらには水酸化処理など工程数が増加して、コストを十分に下げることができない。
また、このような金属層を形成しない場合には、端子が小型化されると、接触荷重が低くなることに起因して、コネクタ嵌合時にＳｎ表面の酸化膜が破壊されず、接触抵抗の上昇が十分に抑制できないという問題が発生した。
また、上記のような従来技術では、コネクタが有する端子数が増加すると、一方の端子を他方の端子に挿入する際の挿入力が増加し、コネクタ嵌合の作業性が低下するという問題もあった。

したがって本発明の目的は、低コストであり、かつ、基材の酸化による製品の信頼性の低下を防止するとともに、小型かつ低接触荷重の電気接点であっても、真実接触面を大きく保つことができ、接触抵抗の上昇の問題も解決し得るとともに、端子数が増加してもコネクタ嵌合時の作業性が低下しない電気素子及びコネクタを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電気素子及びコネクタは、下記（１）〜（５）を特徴としている。

（１） 相手側端子に挿入され接触することにより相手側端子と導通接続される電気素子であって、
基材上において少なくとも相手側端子と接触する領域に、元素をドープした酸化物薄膜が設けられ、
前記酸化物薄膜は、前記基材の表面を平滑にした状態で前記基材に設けられ、
前記元素が、導電性発現に寄与する元素であることを特徴とする電気素子。
（２） 前記導電性発現に寄与する元素が、Ｆ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする上記（１）に記載の電気素子。
（３） 前記導電性発現に寄与する元素が、少なくともＦを含むことを特徴とする上記（２）に記載の電気素子。
（４） 前記電気素子は、前記相手側端子に挿入される端子であることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の電気素子。
（５） 上記（４）に記載の前記端子を備えたコネクタ。

本発明の電気素子は、基材上に特定の酸化物薄膜を設けているので、低コストであり、かつ、基材の酸化による製品の信頼性の低下を防止するとともに、小型かつ低接触荷重の電気素子であっても、接触抵抗の上昇の問題も解決し得る電気素子及びコネクタを提供することができる。

酸化物薄膜が設けられた電気素子を説明するための模式図である。 本発明の実施形態に係る端子の断面図である。 図２の部分拡大図である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、酸化物薄膜が設けられた電気素子の断面を示す模式図である。
図１において、電気素子１は、基材１２上に、元素をドープした酸化物薄膜１６を設けてなる。
基材１２の材質としては、とくに制限されず、用途に応じて適宜選択することができるが、コネクタ用の端子としては、一般的にＣｕや黄銅等のＣｕ合金を用いることができる。これとは別に、Ａｌ、Ｆｅまたはこれらの合金を用いることもできる。基材１２の厚さは用途に応じて適宜決定することができ、また基材１２の形状は矩形型、円柱型、その他の異形型であることができる。なお、本実施形態においては、基材１２を用いてオス端子３２およびメス端子３４が形成される。

酸化物薄膜１６を構成する酸化物の材質としては、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＮｉＯ、Ｎｉ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｕＯ_２、ＣｕＡｌＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、またはこれらの混合物等が挙げられる。中でも本発明の効果が向上するという観点から、酸化物は、ＳｎＯおよび／またはＳｎＯ_２であるのが好ましい。

酸化物薄膜１６にドープされる元素としては、導電性発現に寄与する元素が好ましく、例えばＦ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種が挙げられる。中でも本発明の効果の観点から、また、導電性、耐摩耗性に優れるという観点から、Ｆが好ましく、酸化物薄膜１６は、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）であるのがとくに好ましい。
酸化物薄膜１６の厚さとしては、例えば１０ｎｍ〜１μｍである。

なお、基材１２上には、必要に応じて、基材１２に含まれる例えばＣｕまたはＣｕ合金が酸化物薄膜１６上に拡散するのを防止するために、Ｎｉめっき層を設けてもよい。Ｎｉめっき層は、Ｎｉのほか、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＳｎ−Ｎｉ合金等のＮｉ合金を使用することができる。Ｎｉめっき層の厚さは、当該目的を達成できればよく、適宜決定される。

次に、酸化物薄膜が設けられた端子の製造方法について説明する。
まず、基材１２を準備し、酸化物薄膜１６としての後述するＦＴＯ薄膜３６を設ける領域の表面を研磨する。研磨は、機械研磨、化学研磨など、表面を平滑化するための公知の方法により行われる。また、必要に応じて基材１２の表面にＮｉめっき層を形成する。Ｎｉめっき層は、公知のめっき法など、表面の平滑化が保たれる方法により形成できる。例えば、電解めっき法は、慣用的に行なわれている方法であり、装置構成も簡易で、また層厚の制御も比較的容易であることから好ましい。

次に、基材１２上に、元素をドープした酸化物薄膜１６を設ける。この酸化物薄膜１６は、例えばスプレー熱分解（ＳＰＤ：Spray Pyrolysis Deposition）法により設けることができる。ＳＰＤ法はよく知られているように、基材１２を成膜温度まで加熱し、そこに向けて霧化器等の噴霧手段を用いて膜の原料となる溶液を噴霧することにより、反応初期には、基材表面に付着した液滴中の溶媒の蒸発と、溶質の熱分解に続く加水分解反応および熱酸化反応することにより結晶を形成させ、反応が進むにつれその結晶上に、液滴が付着し、液滴中の溶媒蒸発と共に、溶質および下部の結晶間で結晶成長を進行させ、薄膜を形成する方法である。ＳＰＤ法を採用することにより、酸化物薄膜１６をピンポイントで、および／または、任意の形状で成膜することができる。なお酸化物薄膜１６は、ＳＰＤ法以外にも公知の方法を採用し、形成することができる。

このようにして形成された酸化物薄膜１６は、導電性（例えば比抵抗値が１×１０^７Ω・ｃｍ以下）を有し、かつ、上記の本発明の効果を奏するとともに、また、耐摩耗性、耐腐食性、耐熱性等に優れる。

図２は、本発明の実施形態に係る端子の断面図である。図３は、図２に示す端子の一部拡大図である。図２に示すように、オス端子３２およびメス端子３４は、コネクタ用電気接点として機能する。オス端子３２およびメス端子３４は、それぞれ図示しないオスコネクタ、メスコネクタの端子収容室に収容され保持されている。なお、図２は、オス端子３２およびメス端子３４が互いに接触する箇所の周辺を示しているが、オス端子３２およびメス端子３４は、公知の形状を有していればよい。メス端子３４は、バネ部３５を有しており、オス端子３２はメス端子３４のバネ部３５と接触することによりメス端子３４と導通接続される。

図３の一部拡大図に示されるように、オス端子３２とメス端子３４の嵌合部において、オス端子３２は、表面が研磨により平滑化された基材１２にＦＴＯ薄膜３６が形成され、メス端子３４側に接触している。

基材１２としては黄銅からなるＣｕ合金を用いている。そして、表面が平滑化された基材１２の上に、ＦＴＯ薄膜３６をＳＰＤ法により設け、オス端子３２を製造した。なお、オス端子３２とメス端子３４の基材の材質が互いに異なっていてもよい。また、本実施形態においては、オス端子３２のみにＦＴＯ薄膜３６が形成されているが、メス端子３４にもＦＴＯ薄膜３６が形成されていてもよい。

本実施形態のオス端子３２は、ＦＴＯ薄膜３６を設けない場合と比べ、オスコネクタとメスコネクタとを嵌合する際のオス端子３２とメス端子３４との間の摩擦係数が低下し、かつ、基材１２を構成する金属の酸化膜が表面に形成されることを抑制できる。したがって、コネクタが有する端子数が増加したとしても、コネクタ同士の嵌合の際に挿入力が増加しコネクタ嵌合の作業性が低下するということを防止できる。また、ＦＴＯ薄膜３６が設けられていない場合には、オス端子３２及びメス端子３４が小型化されると接触荷重が低下するため一方の端子の表面に形成される酸化膜を他方の端子により破壊することができなくなるが、ＦＴＯ薄膜３６が形成されていると、このような酸化膜を破壊する必要がなくなるため、接触抵抗が増加することを防止することができる。

ここで、上述した本発明に係る電気素子及びコネクタの実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］〜［５］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 相手側端子（メス端子３４）に挿入され接触することにより相手側端子（メス端子３４）と導通接続される電気素子（オス端子３２）であって、
基材（１２）上において少なくとも相手側端子（メス端子３４）と接触する領域に、元素をドープした酸化物薄膜が設けられ、
前記酸化物薄膜は、前記基材（１２）の表面を平滑にした状態で前記基材（１２）に設けられ、
前記元素が、導電性発現に寄与する元素であることを特徴とする端子（オス端子３２）。
［２］ 前記導電性発現に寄与する元素が、Ｆ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする上記［１］に記載の電気素子。
［３］ 前記導電性発現に寄与する元素が、少なくともＦを含むことを特徴とする上記［２］に記載の電気素子（オス端子３２）。
［４］ 前記電気素子は、前記相手側端子に挿入される端子（オス端子３２）であることを特徴とする上記［１］ないし［３］のいずれかに記載の電気素子。
［５］ 上記［４］に記載の前記端子（オス端子３２）を備えたコネクタ。

１ 電気素子
１２ 基材
１６ 酸化物薄膜
３２ オス端子（端子）
３４ メス端子（相手側端子）
３５ バネ部
３６ ＦＴＯ薄膜

Claims (5)

1. 相手側端子に挿入され接触することにより相手側端子と導通接続される電気素子であって、
   基材上において少なくとも相手側端子と接触する領域に、元素をドープした酸化物薄膜が設けられ、
   前記酸化物薄膜は、前記基材の表面を平滑にした状態で前記基材に設けられ、
   前記元素が、導電性発現に寄与する元素であることを特徴とする電気素子。
2. 前記導電性発現に寄与する元素が、Ｆ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
3. 前記導電性発現に寄与する元素が、少なくともＦを含むことを特徴とする請求項２に記載の電気素子。
4. 前記電気素子は、前記相手側端子に挿入される端子であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気素子。
5. 請求項４に記載の前記端子を備えたコネクタ。
   

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